První cenu v kategorii „Výzkum v aplikované fyzice“ v letošním kole soutěže Spojeného ústavu jaderných výzkumů v Dubně získal soubor prací věnovaných porozumění dějům probíhajícím při ozařování izolantů svazkem velmi rychlých těžkých iontů. Významným podílem k úspěchu práce přispěl i Nikita Medvedev, Msc., Ph.D. z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.

Průměry stop (track) a elektronové energetické ztráty U iontů v závislostech na dosahu iontů (a) a jejich energii (b). Svislé šipky označují maxima dotyčných křivek. Reprodukováno z R. A. Rymzhanov, N. Medvedev, J. H. O’Connell, V. A. Skuratov, A. Janse van Vuuren, S. A. Gorbunov, and A. E. Volkov: Nucl. Instrum. Met. Phys. Res. B473, 27 (2020).„Výsledky jsou zcela zásadní pro praktické aplikace spojené s iontovým ozařováním, jako jsou nanotechnologie a terapie zhoubného bujení urychlenými ionty,“ komentoval výstupy mezinárodního týmu jeho člen Dr. Nikita Medvedev. Ten pracuje na Akademii věd jako zástupce vedoucího teoretické skupiny Oddělení radiační a chemické fyziky Fyzikálního ústavu a vedoucí teoretické skupiny Oddělení laserového plazmatu Ústavu fyziky plazmatu.

Mezinárodní tým konfrontoval výsledky rozsáhlých simulací iontových srážek v látkovém prostředí s experimentálními daty. Kombinace detailní experimentální diagnostiky iontových stop, poskytující nanometrové rozlišení, s pokročilým počítačovým modelováním umožnila porozumění evoluce elektronové a iontové kinetiky a řadě dalších efektů doprovázejících rychlou iontovou interakci s pevnou látkou.

I když rozhodující roli pro další vývoj iontové dynamiky hraje nerovnovážná elektronová kinetika, je konečný stav pozorovaných radiačních stop dán rekrystalizační schopností ozařovaného materiálu. Sama rekrystalizace je ale spojena s komplexním uspořádáním dané atomové struktury terčíku. Přechodně vytvořená oblast atomové neuspořádanosti v materiálech, které postrádají schopnost amorfizace, může být podstatně širší, než je konečná šířka stopy.

Autoři navíc pozorovali podstatné rozdíly mezi prostorovými profily ukládání energie v okolní krystalové mříži a pozorovaným výsledným rozměrem stopy (viz obrázek). Z publikovaného rozboru rovněž vyplývá, že se oblast maximálního radiačního poškození nekryje s polohou Braggova píku - oblasti maximální absorpce energie rychlých těžkých iontů – což představuje zásadní přínos pro využití v iontovém opracování materiálů a radiační terapii.

Dr. Nikita Medvedev je členem autorského kolektivu oceněné práce „Experimental study and multiscale modeling of latent tracks structure in radiation resistant dielectrics”. Ta vznikla v rámci spolupráce mezi Fyzikálním ústavem a Ústavem fyziky plazmatu Akademie věd České republiky, Spojeného ústavu jaderných výzkumů v Dubně, Kurčatovovým ústavem v Moskvě a Univerzitou Nelsona Mandely v Jižní Africe.

 

Literatura:

[1]          R. A. Rymzhanov, J. H. O’Connell, A. Janse van Vuuren, V. A. Skuratov, N. Medvedev, and A. E. Volkov: J. Appl. Phys.127, 015901 (2020).

[2]          R. A. Rymzhanov, N. Medvedev, J. H. O’Connell, V. A. Skuratov, A. Janse van Vuuren, S. A. Gorbunov, and A. E. Volkov: Nucl. Instrum. Met. Phys. Res.  B473, 27 (2020).